熱エネルギーを効率よく電気エネルギーに変換する理論・技術はありますか？

質問

簡単に考えれば、”外燃機関＝火力・原子力発電”があることは理解しています。これは、熱エネルギー→運動エネルギー（タービン）→電気エネルギーへの変換ですね。

私が考えているのは、上記のような”大規模”ではなく、家庭を想定した”小型”です。
現在、エコの代表格としては”エコキュート”があります。夜間の余剰電気エネルギーを”熱エネルギー”として”保存・活用”する訳ですが、使えるエネルギーは”湯”に限られます。この”湯”を再度電気エネルギーに戻せれば活用の範囲が格段に広がります。

ある種の”物質（低温で気化する？）”を使えば、”湯”という比較的低温の熱エネルギーでもタービンを回して電気を起こすことは可能でしょうが、これはロスが多いし、設備も大型化・高額と思われます。

最近テスト段階になった”燃料電池”、これは”水+電気＝酸素＋水素”の流れを逆流させた訳ですが、当然”理論”は大昔からあり、極最近”技術の発展”により利用可能となってきたわけです。

太陽電池も、光（光から直接なのか、太陽熱からなのか）を素子が電気に変換するわけですよね。そうすると、素人考えだと、”ある素子？を湯に入れると、直接電気に変換する”なんて実現可能な気がするのですが・・・・（なんの根拠もありません）

低温熱エネルギー（湯）を直接あるいは効率よく電気エネルギーに変換する理論・技術はあるのでしょうか？（本当は、電気を低コストでバッテリーに蓄電できるのが一番よいのでしょうが、それがコストダウンできれば、このような質問は”愚問”になりますが・・・・）

回答No.5

noname#252164

発電につかえるのは「熱」ではなく「温度差」です。
温度差が小さくなると熱効率が下がりますので、高々100度以下しかないお湯で発電するのはあんまり得策ではありません。
（低温側を何で冷やすんだって問題もあります。融雪に使うとかならペイするでしょうが、普通はそんな便利な「熱の捨て場」はありません。）

燃料に天然ガスを使い、発電した後に廃熱を使ってお湯を沸かす天然ガスコジェネレーションてのが現在最も熱効率のいい方法です。（設備でかいですが）

お礼

回答ありがとうございます。

上記の”お礼”でも書きましたが、現在家庭レベルで電気エネルギーを蓄積する手段は”湯”しかありません。質問でも書きましたが、”エネルギーの塊であるはずの湯”も、その活用範囲は所詮”湯”に限定されます（当たり前）。それで、他のエネルギーへの変換を考えたわけです。

ですから、最初から電気をバッテリー等で”湯以外蓄積手段”があれば、質問で回答をお願いした手段は必要ないですね。

しかし、昔から実用化されているバッテリーも家庭の電力を賄えるほどの蓄積能力はありません。それだけ技術的ハードルとコストの壁が高いのですよね。それで新技術の可能性を聞いたわけです。ただ、その新技術の方がもっとハードルが高そうですね。

回答No.4

jkpawapuro

給湯に使うから”湯”なのであって、エネルギーの保管（蓄熱）に使うなら、そもそもただの水を使う必要は無いですよ。

それで身もふたも無いことをいいますが、バッテリーよりはるかに高コストになるから、そういった手法は使われておりません。
そういった用途には主にNaS電池と揚水発電が使われています。

なお（ペルチエ）熱電池なるものもありますが、これは電気で起こした（貯めた）熱を使うという使い方ではなく、温泉等自然にある熱から電気を取り出すことを目指して研究されています。

お礼

回答ありがとうございます。

私も”湯”にこだわるわけではありませんが、実際家庭レベルだと、エコキュートも、実験レベルのエネファームのエネルギーの蓄積は”湯”ですよね。だから、”湯”を電気エネルギーに戻すことを考えたわけです。

回答No.3

EP71turbo

横槍を入れます。
技術的な件は先の2名の方が妥当だと思います。
あとは技術開発による効率の追求と、環境税などの政策が重要です。経済的に成り立つものしか、普及しないからです。

＞エコの代表格としては”エコキュート”があります。

これ、エコではないと思います。深夜電力が安価なのは原子力発電からの電力だからです。原発は簡単にON-OFFできませんから、電力需要が少ない深夜でも稼動しなければなりません。原発は将来の世代に核廃棄物というCO2と比べ物にならない負の遺産を残します。

また、電気を熱にしている時点でもったいないです。電気はエネルギーの中でも高級なエネルギーですから、本来は大事に使うべきです。

熱を電気にという質問には答えていませんが、その奥にあるものについて、勝手に説明させていただきました。

回答No.2

pochi2tama

昔から温度センサーとして「熱電対」という異種金属を接合させた物があります。温度差で電位差を生ずるので、温度測定に使われています。
電位差が生じる＝発電する、ということです。

あとはNo1さんも書かれていますが、ペルチェ素子というデバイスがあります。通常は電圧を加えるとデバイスの裏表でそれぞれ発熱・吸熱が起きるので、これを利用します。吸熱を利用してCPUクーラーなどにも使われることもありますが、冷却時に気温より低くなると結露が生じて電気回路にダメージを与える恐れもあるため、注意が必要です。という事もあり、一般的なメーカー製パソコンでは使ってない（多分）。

で、このデバイスの動作が可逆的で、「温度差を加えると発電する」
事でも知られています。
秋葉原（秋月）でも売ってますので、実験することは可能です。

将来的にこの手のデバイスが安くなれば「太陽光パネルの様に屋根に並べて使う」とか、質問者さんも知っているように、ヒートポンプで作ったお湯と気温の差を利用して発電し（起動時のヒートポンプの電力は外部から供給するが、定常運転になったら温度差発電で生成した電力を使う）、余った電力を外部で使うとか…。（永久機関みたいですが、太陽からの熱供給が源です。）
＃たとえばヒートポンプの効率が３だとすると、温度差発電の効率が1/3以上になれば外部に電力供給可能になる。大気の熱を電力として回収するので温暖化の抑止にも貢献できる。そんな高効率デバイスができればの話ですが。

お礼

情報ありがとうございます。

実験レベルだと、1W位がやっとですかね？

家庭で実用に耐えるとなると、3KW位は必要？？？？
実験レベルの3000倍？

20年前、ラップトップのHDDは20MB、今は250GH、実に12500倍。

もちろん、無理やりの比較ですが、時代の流れが加速度を考えると、10年後には実用可能？？？？

夢みたいな話ですね！

回答No.1

tiltilmitil

お湯程度の温度でも動作するスターリングエンジンが売られています。とりあえずLEDを光らせる程度は可能なようです。

http://www.conceptplus.jp/products/stirling-engine/
http://www.conceptplus.jp/products/led-generator/index.html

　直接電力に変換する素子もあります。
http://r25.jp/b/honshi/a/ranking_review_details/id/110000005094

　大規模プラントだとご質問にあるような低温度で気化する物質を使ったものがあります。
http://www.tv-asahi.co.jp/n-station/news/hiraishi/frmain.html

お礼

情報ありがとうござました。
なるほど、”理論・実験レベル”では、低温度エネルギーを運動・電気エネルギーにすることは可能なんですね。

これを実用化するまでの期間・コストと、蓄電技術、どちらが先に実用化されるんでしょうね。